隨著最近新興技術能力的提升和制造業(yè)創(chuàng)新的進步，機器人技術的發(fā)展前景正發(fā)生著迅速的變化，新的發(fā)展趨勢和應用也隨之涌現。隨著與物聯(lián)網（IoT）和智能制造之間的聯(lián)系不斷加深，機器人技術的發(fā)展使企業(yè)得以在保持原地生產的同時，提高生產效率，增強競爭實力。本文將對當今機器人技術和智能制造的創(chuàng)新前景進行綜合概述。

　　根據《加拿大工業(yè)機械》（Canadian Industrial Machinery）2015年10月刊登的文章，數據表明對機器人技術的投資正在持續(xù)增加。文章報道了從北美機器人企業(yè)訂購的機器人的數量是空前的（14232臺機器人，價值8.4億美元，2014年同期，機器人數量增加1%，收入增加7%，保持了之前的記錄）。工業(yè)機器人應用的主要產行是汽車零部件、尤以在原材料處理和點焊中的應用最為突出。同時，有意思的是，在美國這一行業(yè)的勞動力中，受過專業(yè)培訓的焊工十分短缺。根據市場規(guī)模預測（見圖1），全球機器人行業(yè)收入截止2020年將有望超過1510億美元。Tractica報道其增長將主要來自非工業(yè)機器人。工業(yè)機器人預計將平穩(wěn)增長，在2020年收入達到約180億美元。

　　就機器人技術的發(fā)展趨勢而言，該產業(yè)預計將在2014到2020年，主要在消費電子產品和電動汽車產業(yè)創(chuàng)造300萬個就業(yè)機會?！?015技術潮流》（Technology Trends 2015）報道，從2017到2020年間，機器人技術的使用將帶來200萬個新增崗位。隨著康復治療機器人、可穿戴外骨骼機器人的進步，僅在康復市場就有望增加40倍。預計2020年機器人技術的發(fā)展趨勢是：微型機器人可攜帶緊急應答器探索小型或危險環(huán)境；可穿戴外骨骼機器人用于增強使用者的體力；人機接口可以幫助截肢者控制自身活動并接收感覺反饋；模塊化機器人可在預設模式下完成專項任務；智能機器人結合人工智能和機器學習技術進行類人表達和反應；通過引進彈性納米管肌肉以增強機械強度；電源可換式機器人在離網區(qū)域啟動應用；機器人網絡允許機器人接入數據庫，分享信息和學習經驗；遠程監(jiān)控機器人可代替你在遙控區(qū)域進行工作。

　　近十年，美國聯(lián)邦政府為提高美國競爭力和促進就業(yè)提出了多項動議。由美國聯(lián)邦政府機構(美國國家科學基金會（NSF）、美國農業(yè)部（USDA）、美國國家航空航天局（NASA）和國家衛(wèi)生研究所（NIH））共同贊助的國家機器人計劃（NRI）在2011年啟動，旨在促進機器人在美國的發(fā)展和使用，以協(xié)助人類或與人類共同工作。就制造業(yè)而言，這一計劃覆蓋了從基礎研究和開發(fā)到產業(yè)制造和配置的整個生命周期。此外，機器人還是美國商務部（U.S. Department of Commerce）美國國家標準與技術研究所（National Institute of Standards and Technology，NIST）的優(yōu)先主題。特別是，他們著重將協(xié)同制造機器人作為增強制造業(yè)競爭力的必要工具，通過極大提升反應能力和創(chuàng)新能力來實現。在人—機協(xié)作主題下，與人協(xié)作的機器人以及“自己動手（do-it-yourself）”工業(yè)機器人成為工業(yè)機器人的新的生力軍出現在大眾面前。這些機器人可以同人一起或者在人旁邊工作，完成之前需要人機分開完成的任務。

今天，人機合作/共存的時代終于到來，在真實世界中，無論是在大型工廠還是小型作坊的制造現場，機器人同人類一起工作。然而，跳出當前應用局限，能在更廣闊的行業(yè)和制造商中廣泛應用的高級機器人系統(tǒng)需要具備較高的能力、感知力、敏捷性、可移動性、復位性和操作安全性，還應便于指派任務和重復指派任務。機器人不是單獨的實體，它們應用于廣闊行業(yè)中，存在于商業(yè)世界里，必須無縫而快速地與之融合。換言之，機器人技術改變著商業(yè)模式和一體化戰(zhàn)略；由科技創(chuàng)新驅動，存在于工廠“內外”。

　　機器人技術被視為是能夠變革制造業(yè)的關鍵改造技術。此外，改良的機器人技術和制造自動化的廣泛采用將享有知識產權和財富；通過提高企業(yè)競爭力來拯救企業(yè)；提供機器人維護和培訓的工作崗位；使工廠安全使用人機團隊；減少高額的醫(yī)藥問題；以及減少成品在渠道流通的時間來更快速地響應零售商需求的變化。

　　許多人將始于十八世紀晚期的工業(yè)革命劃分為四個階段。在工業(yè)革命的第三階段引入了機器人，從而開始了機器人技術革命。機器人技術革命的第一和第二階段的形式是基礎自動化，機器人的工作區(qū)視為人類的障礙。第四次工業(yè)革命（被稱為工業(yè)4.0）給我們帶來了移動性更好、更智能和感知更強、能力更高的機器人。機器人技術系統(tǒng)轉變?yōu)樾畔⑽锢硐到y(tǒng)（CPS）。工業(yè)4.0智能工廠——可自我編程的互聯(lián)行業(yè)即將來臨。

　　正如《NRI機器人技術路線圖》（NRI Robotics Roadmap）所報道的，研發(fā)一套基礎機器人技術是提供制造業(yè)技術路線圖預期的關鍵能力所需要的。每個關鍵能力源于制造業(yè)（礦業(yè)、加工業(yè)、分立零件制造業(yè)、裝配、物流——運輸&分派）中一個或多個重要的廣泛應用領域。穿越弗若斯特沙利文公司（Frost&Sullivan）呈現的2000年及之后的移動機器人技術路線圖，在21世紀初期，通過遠程監(jiān)控，遠程接口系統(tǒng)促進了可控貨倉/管理系統(tǒng)、可穿戴式外骨骼技術和遙控機器的產生。到2010年的十年間，自動滑行隨著半自主機器和僅能進行有限人機互動的人工智能初始階段的出現而出現?？梢灶A見，2020年及之后，具有人類情感、流利交流能力和適應環(huán)境的協(xié)同機器人和智能機器的全面自主將會出現。

　　截止2020年，物聯(lián)網將由上萬億的海量傳感器驅動，其中許多傳感器將嵌入新興的機器人系統(tǒng)中，為物理世界提供物聯(lián)網信息價值環(huán)的信息物理連接（創(chuàng)造—交流—聚合—分析—行動）。隨著智能傳感器和高級分析的出現，介入應用將具體化，使物聯(lián)網應用不再僅限于監(jiān)控。

　　智能制造是基于物聯(lián)網、信息物理系統(tǒng)和云系統(tǒng)的工業(yè)4.0新創(chuàng)舉。就技術上而言，它是一門狹義的學科，包括但不限于生產管理技術、供應鏈管理、模擬、維護、機器對機器（M2M）、設施和傳感器網絡。根據會議共同組織者——智能制造領導聯(lián)盟（Smart Manufacturing Leadership Coalition，SMLC）和國家科學基金會，智能制造以企業(yè)/工廠為主導，包含可靠且可擴充的方式，為制造業(yè)提供基于模型的操作和決策支持，能夠穩(wěn)健地應對變化和差異。智能制造通過數據、協(xié)同信息物理系統(tǒng)、物聯(lián)網和互聯(lián)企業(yè)（制造現場—商務體系—供應鏈連接）發(fā)展控制戰(zhàn)略和開放性平臺技術（公共—私人伙伴關系）而進行智能產品制造的。未來智能工廠共有15個核心元素，其中三個毫無疑問屬于機器人技術領域（信息物理系統(tǒng)、自動駕駛車輛和柔性機器人）。根據NIST給出的描述，智能制造是“完全集成的協(xié)同制造系統(tǒng)，可以實時響應，以滿足在工廠、供應網絡和客戶需求方面，不斷變化的需求和條件”。分享同一個目標的不同智能制造聯(lián)盟協(xié)作努力，在整個價值鏈中通過開放式連接實現工業(yè)實踐的現代化

　　最后，物理和數字世界的聚合孕育了智能工廠和新一代的工業(yè)機械。在這個被稱為工業(yè)4.0的新時代里，聚焦使用物聯(lián)網和信息網絡系統(tǒng)以簡化制造和業(yè)務流程，提升功能和精度，增強質量和能力14。幾乎所有的方面都是數字化的，包括機器控制、監(jiān)控、管理以及數據上報和分析。甚至操作者也通過人機界面（HMI）與機器進行數字化互動。智能工廠帶來了許多好處，包括操作時間的減少、提高生產能力的機會、促進產量、提升效率以及通過高級數據分析減少停機時間。機器人技術是智能制造創(chuàng)新前景的關鍵組成，也是工業(yè)4.0和物聯(lián)網提出的向計算機化工業(yè)生產和智能工廠邁進這一構想的完美體現。